도쿄공업대학 등 연구그룹은 질화구리를 사용하여 p형과 n형 모두에서 높은 전도 캐리어 이동도를 나타내는 반도체 개발에 성공했다.
질화구리는 흔한 원소만으로 구성된 반도체이며, 태양광 스펙트럼에 적합한 밴드갭과 높은 광흡수 계수를 가지기 때문에 새로운 박막 태양전지 재료로서 주목받고 있다.그러나, 고품질의 결정의 제조가 어렵고, 지금까지 반도체로서의 특성은 밝혀지지 않았다.
이번 연구 그룹은 구리 금속의 촉매 기능에 주목하여 새로운 질화물 합성법으로서 암모니아와 산화성 가스를 이용한 구리의 직접 질화 반응을 고안했다.이것에 의해, 종래 곤란했던 고품질의 질화구리 박막의 제작을 가능하게 했다.이 수법으로 얻어진 순수한 질화구리 박막은, n형 반도체이며, 전자 이동도가 높은 고성능인 반도체였다.
반도체에는 전기 전도를 정공이 담당하는 p 형 반도체와 전자가 담당하는 n 형 반도체가있다.태양 전지에서는 동일한 재료의 p 형과 n 형의 반도체를 조합함으로써 높은 변환 효율을 얻을 수있다.
따라서, p 형 반도체를 제조하기 위해, 제 XNUMX 원리 계산에 기초하여 캐리어 도핑 설계를 시도하고, 유효한 것으로 예측 된 불소 이온을 첨가 한 질화 구리를 제조 하였다.이것을 원자 분해능의 전자 현미경에 의한 관찰 및 방사광에 의한 전자 상태 해석으로 평가한 바, p형 반도체인 것을 알 수 있고, 또한 그 정공 이동도는 대표적인 질화물 반도체인 질화 갈륨보다도 높은 값을 보였다.
이렇게 하여 p형과 n형 모두를 만들어내는 고품질의 질화구리 반도체를 실현하였다.이번에 고안한 합성법은 대면적·저비용화에 적합하기 때문에 동일 재료의 p형과 n형 반도체를 사용한 저렴한 박막 태양전지에의 응용을 기대할 수 있다고 한다.
논문 정보:【Advanced Materials]High-Mobility p-Type and n-Type Copper Nitride Semiconductors by Direct Nitriding Synthesis and In Silico Doping Design
